Síntesis, caracterización y aplicaciones de recubrimientos sobre aleaciones base titanio de uso biomédico

Abstract

En este trabajo de Tesis se estudiaron distintos recubrimientos biocompatibles sintetizados sobre la aleación Ti-6Al-4V, tanto de manera química como electroquímica, para mejorar el comportamiento frente a la corrosión en medios fisiológicos simulados. Las películas fueron caracterizadas mediante distintas técnicas de superficie y la resistencia a la corrosión fue evaluada empleando diferentes métodos electroquímicos. En primer lugar, se electrosintetizó potenciostaticamente polipirrol (PPy) con estructura microtubular sobre la aleación Ti-6Al-4V a partir de una solución que contenía salicilato de sodio como dopante. La presencia del polímero evitó la disolución activa de la aleación en saliva artificial modificada. En una etapa posterior y con el fin de desarrollar un recubrimiento antibacterial y anticorrosivo, se empleó la matriz polimérica microestructurada para la inmovilización de especies de Zn. Tanto el recubrimiento de PPy como el de PPy modificado con especies de Zn mostraron actividad antibacterial frente a S. aureus y aumentaron la protección frente a la corrosión en saliva artificial modificada. Por otra parte, se empleó la técnica de anodizado en modo galvanostático para sintetizar óxidos delgados en una solución de Na2MoO4. Se estableció el efecto de diferentes parámetros como el pH, el tiempo de anodización y la concentración del anión inhibidor sobre el comportamiento anticorrosivo, para luego ampliar el estudio a electrolitos que contenían NaH2PO4 y NH4VO3. Independientemente de la solución utilizada, se obtuvieron óxidos compactos y amorfos, sin poros ni grietas. La muestra anodizada en solución Na2MoO4 registró el mejor comportamiento frente a la corrosión en solución Ringer. Asimismo, se sometió a la aleación Ti-6Al-4V a un tratamiento químico con peróxido de hidrógeno. El recubrimiento resultante, constituido mayormente por TiO2 amorfo, presentó una estructura del tipo barro agrietado. El tratamiento redujo la cantidad de iones liberados desde la aleación al entorno fisiológico simulado tras los ensayos electroquímicos. La técnica, sin necesidad de un postratamiento térmico, mejoró el comportamiento frente a la corrosión de la aleación Ti-6Al-4V en solución Ringer. Por último, la aleación modificada mediante oxidación química en H2O2 se empleó como sustrato para la electrosíntesis de ZnO. Las condiciones empleadas en la síntesis dieron lugar a la formación de micro y nanoláminas de ZnO con capacidad bactericida frente a las bacterias S. aureus y S. mutans. Si bien la electrosíntesis de ZnO no brindó al sustrato propiedades anticorrosivas significativas, la combinación del tratamiento de oxidación química en H2O2 con la presencia del ZnO, permitió mejorar la protección con respecto a la del sustrato desnudo.

In this Thesis work, different biocompatible coatings chemically and electrochemically synthesized onto Ti-6Al-4V alloy were studied to improve the corrosion behavior in simulated physiological environments. The coatings were characterized using different surface techniques and the corrosion resistance was evaluated using different electrochemical methods. Firstly, microstructured polypyrrole (PPy) films were potentiostatically synthesized onto Ti-6Al-4 V alloy from an aqueous solution containing sodium salicylate as a dopant. The presence of PPy prevented the active dissolution process of the alloy in modified artificial saliva. In order to develop a coating that prevents corrosion and microbial growth on the alloy, the microstructured polymer matrix was later employed to immobilize Zn species. Both PPy and PPy films modified with Zn species showed antibacterial activity against S. aureus and increased the corrosion protection in modified artificial saliva. On the other hand, the anodization technique was employed under galvanostatic mode to synthesize thin oxide films from a Na2MoO4 solution. The effect of different parameters such as pH, anodization time and the inhibitor anion concentration on the corrosion behavior was established and the study was then extended to electrolytes containing NaH2PO4 and NH4VO3. Compact and amorphous oxides without pores or cracks were obtained regardless of the solution used. The sample anodized in Na2MoO4 solution showed the best corrosion behavior in Ringer solution. Furthermore, the Ti-6Al-4V alloy was subjected to chemical treatment with hydrogen peroxide. The resulting coating consisted mostly of an amorphous TiO2 oxide with a mud-cracked structure type. The treatment reduced the number of ions released from the alloy to the simulated physiological environment after the electrochemical tests. The technique, without the need for thermal post-treatment, was enough to enhance the corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy in Ringer solution. Finally, the alloy modified by chemical oxidation in H2O2 was used as a substrate for the electrosynthesis of ZnO. The conditions employed in the synthesis resulted in the formation of ZnO micro and nanosheets with bactericidal capacity against S. aureus and S. mutans bacteria. Although the electrosynthesis of ZnO did not confer significant anticorrosive properties to the substrate, the combination of the chemical oxidation treatment in H2O2 with the presence of ZnO improved the protection compared to that of the bare substrate